PL88910B1 - Process for the treatment of gases at the preparation of ammonia[cs203901b2] - Google Patents

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób oczysz¬ czania gazów w syntezie amoniaku.

Znany jest sposób oczyszczania gazów w syntezie amo¬ niaku z polskiego opisu nr 54345 polegajacy na dwuetapo¬ wej absorbcji z roztworu i kolejnej dehydratacji gazów przez oziebianie od temperatury -20°C do -30°C.

Sposób ten charakteryzuje sie mala wydajnoscia i wy¬ maga co najmniej stosowania dwu absorberów oraz urza¬ dzen chlodzacych o bardzo duzej zdolnosci chlodniczej co pociaga za soba znaczne koszty.

Celem wynalazku jest unikniecie wad i niedogodnosci znanego sposobu. Zadanie technicznepolega na opracowa¬ niu sposobu, któryzawieralby tylko jednoetapowa absorb- cje a wiec nie wymagalby budowy kosztownych dwu ab¬ sorberów, a do chlodzenia gazów nie wymagalby stosowa¬ nia urzadzenia chlodzacego.

Mimo iz taka wymiana ciepla jest znana przy stosowaniu urzadzen chlodzacych w celu osuszenia gazów, które po¬ nownie moga byc uzyte, to wymiana taka zgodnie z wyna¬ lazkiem jest nowoscia w przypadku stosowania cieklego amoniaku, a nie urzadzen chlodzacych dla osuszenia ga¬ zów, które moga byc ponownie uzyte.

Cel wynalazku zostal osiagniety przez opracowanie spo¬ sobu oczyszczania gazów w syntezie amoniaku polegajace¬ go na tym, ze wstrzykuje sie ciekly amoniak do czesciowo odwodnionych gazów, po czym gazy przesyla sie do wars- tewkowego wymiennika ciepla, po przejsciu przez rozdzie¬ lacz, z którego otrzymuje sie stezony roztwór amoniaku, przy czym stosuje sie cisnienie robocze, które miesci sie w zakresie 30-300 kg/cm1, a korzystnie 80-150 kg/cm2.

Zgodnie z wynalazkiem wstrzykuje sie ciekly amoniak do czesciowo odwodnionych gazów w celu obnizenia za¬ wartosci wody w tych gazach do co najmniej 2-3 czesci na milion.

Wstrzykiwanie cieklego amoniaku do czesciowo odwod¬ nionych gazów nalezy rozpatrywac lacznie z dwoma inny¬ mi zasadniczymi etapami sposobu; absorbcja amoniaku opuszczajacego razem z woda reaktor, w którym nastepuje synteza w warstewkowym wmienniku ciepla, oraz odwod¬ nienie swiezych i wracajacych ponownie do obiegu gazów (przed wstrzyknieciem cieklego amoniaku) poprzez wy¬ miane ciepla z zimnymi suchymi gazami otrzymanymi po oddzieleniu wstrzyknietego cieklego amoniaku.

Odwodnione gazy przesyla sie do wymiennika ciepla po przejsciu przez rozdzielacz, z którego wychodzi stezony roztwór amoniaku. Gazy wychodzace z reaktora do synte¬ zy przesyla sie do pionowych wymienników rurowych, w których plyna one wewnatrz rur w przeciwpradzie do warstewki cieczy splywajacej w dól, a ciekla warstewka absorbuje amoniak zawarty w gazach i opuszcza dno absorbera jako stezony roztwór amoniaku, cieplo absorbcji zas usuwa sie za pomoca wody lub innej cieczy chlodzacej splywajacej po stronie oslony.Gazy wyc hodzace ze szczytu absorbera nasycone woda i wykazujace bardzo niskie ste¬ zenie amoniaku po odpowietrzeniu gazówobojetnych mie¬ sza sie ze swiezymi gazami zasilajacymi. Cala mieszanine gazowa przesyla sie do wymiennika ciepla i chlodzi uprzednio odwodnionymi gazami.

Do strumienia gazowego wychodzacego z wymiennika, który jest ochlodzony i gdzie wiekszosc wody kondensuje 8891088910 3 sie i usuwa jako slaby roztwór amoniaku wtryskuje sie ciekly amoniak, który poprzez adiabatyczne odparowanie wywoluje znacznie silniejsze wychlodzenie gazów i kon¬ densacje pozostalej wody. Uzyskana mieszanine przesyla sie do rozdzielacza, skad usuwa sie stezony roztwór amo¬ niaku i strumien gazowy.Strumien gazowy przesyla sie do wymiennika ciepla, gdzie chlodzi on nieodwodniona jesz¬ cze mieszanine gazowa i zawraca sie go nastepnie do reaktora do syntezy stosujac kompresor lub tez inne odpo¬ wiednie urzadzenie.

Zastosowanie odpowiedniego wymiennika ciepla mie¬ dzy strumieniami wilgotnym i suchym pozwala uzyskac bardzo niskie temperatury procesu nasycania (-25 —30°C) przy malej ilosci odparowanego amoniaku. Ciekly amo¬ niak wprowadza sie w nadmiarze w stosunku do ilosci scisle niezbednej i nadmiar ten usuwa sie z obiegu jako stezony roztwór amoniaku, nadmiar amoniaku i zwiazane z tym stezenie roztworu wyjsciowego sa kontrolowane tak, aby uzyskac nie wiecej niz 2-3 ppm wody w gazie su¬ szonym.

Po wprowadzeniu amoniaku strumien gazowy przesyla¬ ny jest do rozdzielacza, w którym ulegaja rozdzieleniu wspomniany wyzej stezony roztwór amoniaku i suszony strumien gazowy, suche gazy, po przejsciu jako medium chlodzace przez wymiennik ciepla w przeciwpradziez wil¬ gotnym strumieniem, ida albo do sprezarki albo tez do innych odpowiednich urzadzen, a nastepnie zawracane sa obiegiem do reaktora.

Wiekszosc wody obecnej w gazach wilgotnych konden- suje sie w bocznym wymienniku ciepla i usuwana jest stad jako rozcienczony roztwór amoniaku, pozostala wodeusu¬ wa sie ze stezonym roztworem amoniaku wychodzacym z rozdzielacza.

Otrzymany w ten sposób roztwór amoniaku przeprowa¬ dza siedo warstwy destylacyjnej, gdzie zgodnie ze znanym sposobem, amoniak oddzielony od wody wykazuje wysoki stopien czystosci, na przyklad 99,9%.

W odniesieniu do metody suszenia nalezy stwierdzic, ze woda ma zdolnosc szybkiego rozpuszczania amoniaku, a zwiekszenie powierzchni zetkniecia pomiedzy gazami, które maja byc oczyszczone i cieklym amoniakiem podwy¬ zsza wyzej wymieniona zdolnosc.

Ponadto dodac trzeba, iz odparowanie cieklego amonia¬ ku wymaga pewnego czasu. Tedwa faktymozna wykorzys¬ tac do uzyskania doskonalego odwodnienia gazów bez nasycania ich amoniakiem - poprzez skrócenie czasu ze¬ tkniecia. W tym celu ciekly amoniak wtryskuje sie do strumienia gazów w aparacie pozwalajacym uzyskac bar¬ dzo znaczna powierzchnie zetkniecia, co umozliwia skró¬ cenie czasu kontaktu wedlug wyzej podanych rezultatów.

Przykladowo jedynie mozna podac, ze etap ten mozna zrealizowac przez przyspieszenie gazów w zwezce Ventu- ri'ego do aparatu tego wtryskuje sie ciekly amoniak uzy¬ skujac w ten sposób duza turbulencje dajaca znaczna powierzchnie zetkniecia. W celu zmniejszeniapowierzchni zetkniecia wprowadza siezgodnie z kierunkiem przeplywu w zwezce Venturi'ego rozdzielacz lub inne odpowiednie urzadzenie. Regulatorem wielkoscipowierzchni zetkniecia moze byc wspomniany rozdzielacz, co pozwala otrzymac doskonale odwodnienie bez nasycania gazówamoniakiem, poniewaz skrócony czas zetkniecia nie jest dostatecznie dlugi dla odparowania duzych ilosci amoniaku, podczas, gdy duza powierzchnia kontaktu daje dobre odwodnienie.

Innym waznym aspektem sposobu wedlug niniejszego wynalazku jest, ze w przypadku, gdy czesc lub calosc produkowanego amoniaku jest wykorzystywana przy wy¬ twarzaniu mocznika, istnieje mozliwosc wykorzystania czesci lub calosci roztworu amoniak-woda otrzymanego w absorberze warstewkowym do absorpbcji dwutlenku s wegla zawartego w surowych gazach do syntezy amoniaku wychodzacych z etapu konwersji tlenku wegla. Absorpcja ta zachodzi w takichwarunkach by otrzymac karbaminian amonu, który kierowany jest nastepnie do przetworzenia na mocznik, natomiastwolny, gazowy dwutlenekwegla,po mozliwych dalszych przemianach znanych w przemysle, przesylany jest do odwodnienia i do syntezy amoniaku.

Gazy do syntezy amoniaku, skladajace sie z N2 + 3H2, otrzymuje sie najczesciej przez niepelne utlenienie weglo¬ wodorów (to jest reforming para, czesciowe utlenianie za pomoca O2 itp), otrzymane gazy kieruje sie do dalszych operacji to jest konwersji tlenku wegla oraz usuwania dwutlenku wegla i odpadkowych utlenionych zwiazków wegla.

Zgodnie ze sposobem wedlug niniejszego wynalazku, unika sie dwóch kosztownych etapów oddzielania, stoso¬ wanych w nowoczesnych instalacjach do produkcji amo¬ niaku, to jest etapuusuwania dwutlenkuwegla zregenera¬ cja rozpuszczalnika oraz etapu oddzielania amoniaku.

W odpowiednim aparacie, który pozwala uzyskac bar- dzo duza powierzchnie zetkniecia gazów i cieczy, czesc lub calosc roztworu amoniak-woda, otrzymanego w procesie zgodnie z niniejszym wynalazkiem mozna zastosowac do usuniecia dwutlenku wegla, znajdujacego sie w surowych gazach do syntezy amoniaku, otrzymujac w ten sposób roztwór karbaminianu amonu, który jest nastepnie kiero¬ wany do przemiany w mocznik.

Absorpcje dwutlenku wegla mozna skutecznie prowa¬ dzic w granicach cisnienia stosowanego zwykle w proce¬ sach syntezy mocznika. Jak juz wyzej wspomniano, wolny gazowy dwutlenek wegla przesyla sie do reaktora sluzace- , go do syntezy amoniaku po poddaniu go innym znanym operacjom. Wynalazek jest dokladniej wyjasniony wopar¬ ciu o rysunek, który przedstawia schematycznie przyklad wykonania aparatury do stosowania sposobu wedlug wy- 40 nalazku, (nie zawierajacy etapu absorpcji CO2).

Ciecze wyplywajace z reaktora 1 do syntezy, pod cisnie¬ niem w zakresie 80-180 kg/cm2, po mozliwej regeneracji ciepla i ochlodzeniu, nie pokazanych na rysunku, kierowa¬ ne sa przewodem 6 do absorbera warstewkowego 2, w któ- 45 rym strumien gazowy plynie w góre do wnetrza pionowych rur w przeciwpradzie do warstewki cieczy splywajacej po powierzchni rury absorbujacej amoniak, znajdujacy sie w gazach. Wymieniona ciecz moze byc zarówno woda jak i slabym roztworem amoniaku i jest ona podawana do 50 absorbera 2 poprzez przewód 10. Cieplo absorpcji amonia¬ ku jest usuwane dzieki wodzie splywajacej na zewnatrz rur, to jest po stronie oslony. Woda jest podawana poprzez przewód 11 i usuwana poprzez przewód 12. Stezony roz¬ twór amoniaku wychodzi przez przewód 7 zdna absorbera 55 warstewkowego, a z jego szczytu poprzez przewód 8 wy¬ chodzi strumien gazów o bardzo niskiej zawartosci pozos¬ talego amoniaku, to znaczy 0,2 + 0,5% molowych, prakty¬ cznie nasycony woda i po odpowietrzeniu obojetnych ga¬ zów poprzez przewód 9, swiezy surowiec zasilajacy doda- 60 wany jest poprzez przewód 13.

Otrzymany strumien gazów przesylany jest nastepnie poprzez przewód 14 do wymiennika ciepla 3, gdzie oddaje on wiekszosc zawartego w nim ciepla chlodnym, suchym gazom, wchodzacym poprzez przewód 18 i wychodzacym 65 z rozdzielacza 4.5 88 910 6 Ochlodzenie powoduje kondensacje wiekszosci wody zawartej w gazach i w ten sposób usuwa sie slaby roztwór amoniaku z dna wymiennika 3 poprzez przewód 15. Wysu¬ szenie jest calkowite dzieki wstrzyknieciu do gazów ida¬ cych z wymiennika 3 do przewodu 17 cieklego amoniaku, który poprzez adiabatyczne odparowanie do strumienia gazów powoduje jego ochlodzenie i odpowiednio konden¬ sacje zawartej w nim wody. Wspomniany ciekly amoniak przesyla sie do przewodu 1? poprzez przewód 16.

Powstajaca mieszanina wchodzi do rozdzielacza 4, ste¬ zony roztwór amoniaku usuwany jest z dna rozdzielacza przewodem 19, a suchy strumien gazów opuszcza powyz¬ szy rozdzielacz przewodem 18 i zawiera on nie wiecej niz 2-3 ppm (czesci na milion) wody i kierowany jest jako czynnik chlodzacydowymiennika ciepla 3. Nastepniegazy przewodem 20 i 21 przechodza do kompresora 5, który zawraca je do reaktora do syntezy 1.

Zilustrowaniu jedynie powyzszych rozwiazan sluza na¬ stepujace przyklady, których specyficzne warunki i ko¬ rzysci oczyszczania gazów w syntezie amoniaku sa zgodne ze sposobem wedlug niniejszego wynalazku.

Przyklad: Ponizszy przyklad odnosi sie do instalacji do syntezy przystosowanej do produkcji 1200 ton amoniaku dziennie. Strumien 780 930 NmVh opuszcza reaktor do syntezy: strumien ten posiada nastepujacy sklad przy cis¬ nieniu 125 atmosfer absolutnych: H2 58,99% objetosciowych N, 19,68% CH4 7,58% Ar 3,23% NH3 10,50% Po schlodzeniu strumienia do 40°C jest on przesylany na dno absorbera warstewkowego 2. 48969 kg/h roztworu zawierajacego 10% wagowych amoniaku kieruje sie na szczyt absorbera. 108865 kg/h roztworu zawierajacego 60% wagowych amoniaku opusz¬ cza absorber 2 przewodem 7, a 701190 NmVh mokrych gazów opuszcza absorber przewodem 8.

Gazy te, o temperaturze 45°C maja nastepujacy sklad w przeliczeniu na suche skladniki: Ha 65,59% objetosciowych N2 21,90% CH4 8,40% Ar 3,61% NH3 0,50% Nasycenie woda 525 kg/h. 10900 NmVh omawianych gazów wypuszcza sie przewo¬ dem 9. Swieza mieszanina zasilajaca, wprowadzona prze¬ wodem 13, charakteryzuje sie nastepujacymi parame¬ trami: Szybkosc przeplywu 142170 NmVh Sklad: H2 74,17% objetosciowych N2 24,92% CH4 0,82% Ar 0,29% Nasycenie woda 60 kg/h Obydwa strumienie gazów miesza sieprzed wprowadze¬ niem do wymiennika 3, pelny strumien posiada nastepuja¬ ce parametry: Szybkosc przeplywu 832460 Nm7h Cisnienie 122 atmosfery absolutne Temperatura44°C Sklad (w przeliczeniu na suchy skladnik): H2 N2 CH4 Ar NH3 68,08% objetosciowych 22,35% 7,12% 3,04% 0,41% Nasycenie woda 607 kg/h Na wyjsciu z wymiennika strumien gazów posiada na¬ stepujace parametry: a) gaz temperatura 18,5°C zawartosc wody 35 kg/h b) roztwór amoniaku szybkosc przeplywu 818 kg/h zawartosc amoniaku 30% wagowych zawartosc wody 70% wagowych Wtryskiwuje sie 10665 kg/hcieklego amoniakui odparo- wywuje go niemal calkowicie, przy czym schladza sie strumien gazów od temperatury -18,5°C- -28°C.

Rozdzielacz 4 daje w równowadze: a) 350 kg/h roztworu zawierajacego 90% wagowych amoniaku b) 846000 Nm3/h gazów o nastepujacym skladzie: H2 N2 CH4 Ar NH3 H20 66,0% 22,0% 7,0% 3,0% 2,0% 3 ppm objetosciowych .»» " »» " Z tego wynikaja w sposób oczywisty ekonomiczne i techni¬ czne korzysci, jakie daje proces prowadzony zgodnie z wy¬ nalazkiem. Korzysci te wynikaja z doskonalej absorpcji amoniaku w absorberze warstewkowym, absorpcji sprzyja zastosowanie czynników chlodzacych przewidzianych dla tego aparatu, które odbieraja cieplo wydzielajace sie pod¬ czas absorpcji. Oczywiste sa tez korzysci nowej metody suszenia gazów zawracanych i swiezego surowca zasilaja- 40 cego, metoda ta przy bardzoprostej aparaturze pozwala na bardzo dobre wysuszenie i w tym samym czasie na bardzo dobra sprawnosc cieplna.

Sposób wedlug wynalazku znajduje zastosowanie w znanym procesie syntezy amoniaku tylko czesciowo 45 w stadium absorpcji w absorberze warstewkowym lub tez tylko na etapie odwodnienia zawracanych i swiezo dopro¬ wadzanych gazów za pomoca szybkiego chlodzenia amo¬ niakiem stosujac wymiennik ciepla. Stosowac go takze mozna w instalacjach majacych zastosowanie w innych 50 fragmentach znanych metod i aparatur.

Claims (7)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób oczyszczania gazów w syntezie amoniaku droga absorpcji amoniaku zawartego w wycieku z reaktora za 55 pomoca warstewkowego wymiennika ciepla, otrzymujac stezony roztwór amoniaku i odwadniania gazów ponownie wprowadzanych do procesu i swiezych za pomoca wymia¬ ny ciepla z uprzednio wysuszonymi i schlodzonymigazami, otrzymujac slaby roztwór amoniaku, znamienny tym, ze 60 wstrzykuje sie ciekly amoniak do czesciowo odwodnionych gazów, po czym gazy przesyla sie do warstewkowego wymiennika ciepla po przejsciu przez rozdzielacz, z które¬ go otrzymuje sie stezony roztwór amoniaku, przy czym stosuje sie cisnienie robocze, które miesci sie w zakresie 30 65 - 300 kg/cm2, a korzystnie 80 - 150 kg/cm2.88 910

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze gazy wychodzace' z reaktora przesyla siedo pionowych wymien¬ ników rurowych, w których plynaonewprzeciwpradziedo warstewki cieczy splywajacej w dól, która absorbuje amoniak zawarty w gazach i opuszcza dno absorbera jako stezony roztwór amoniaku, przy czym cieplo absorpcji amoniaku usuwa sie za pomoca wody lub innej cieczy chlodzacej, splywajacej po stronie oslony, nastepnie gazy wychodzace ze szczytu absorbera nasycone woda i posia¬ dajace bardzo niskie stezenie amoniaku po odpowietrzeniu gazów obojetnych miesza sie ze swiezymi gazami zasilaja¬ cymi, cala mieszanine gazowa przesyla sie do wymiennika ciepla i chlodzi uprzednio odwodnionymi gazami, zas do strumienia gazowego wychodzacego z wymienika, który jest chlodzony i gdzie wiekszosc wody kondensuje sie i usuwa jako slaby roztwór amoniaku, wtryskuje sie ciekly amoniak, który poprzezadiabatyczneodparowanie wywo¬ luje znacznie silniejsze chlodzenie gazów i kondensacje pozostalej wody, uzyskana mieszanine przesyla sie do rozdzielacza, skad usuwa sie stezony roztwór amoniaku i strumien gazowy, który to strumien gazowy przesyla sie do wymiennika ciepla, gdzie chlodzi on nieodwodniona jeszcze mieszanine gazowa i zawraca sie go nastepnie do 10 15 20 reaktora stosujac kompresor lub tez inne odpowiednie ' urzadzenie.

3. Sposób wedlugzastrz. 1, znamienny tym, ze wilgotny strumien gazowy i suchy strumien gazowy przesyla sie do wymiennika ciepla, gdzie plyna one wzgledem siebie w przeciwpradzie.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze slaby roztwór amoaniaku otrzymany w wymienniku ciepla, w którym gaz wilgotny i suchy plyna wzgledem siebie w przeciwpradzie, usuwa sie z obiegu przed wtryskiwa¬ niem cieklego amoniaku.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ciekly amoniak wtryskuje sie wilosci stanowiacej nadmiar w od¬ niesieniu do odparowanego amoniaku, a nadmiar usuwa sie z obiegu jako stezony roztwór amoniaku.

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ciekly amoniak wtryskuje sie ilu gazów, które maja byc odwod¬ nione w takiej ilosci, ze zawartosc wody pozostalej w su¬ szonych gazach jest nie wieksza niz 2-3 czesci na milion czesci gazu.

7. Sposób wed lugzastrz. 1, znamienny tym, zejako ciecz absorbujaca, plynaca w przeciwpradzie do odcieku z reak¬ tora do syntezy stosuje sie wode lub slaby roztwór amo¬ niaku. i T 14 CX l I—U l» X 17 T 16 T- Fto.1 Urzedu Patentowego Sklad wykonano w DSP, zam. 6730 Druk w UPPRL, naklad 125 + 20 egz. Cena zl 10,-